特許 7213354 電源回路及び該電源回路を備えた光起電力発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-18

(45)【発行日】2023-01-26

(54)【発明の名称】電源回路及び該電源回路を備えた光起電力発電システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/538 20070101AFI20230119BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20230119BHJP

   H02S 40/32 20140101ALI20230119BHJP

【ＦＩ】

H02M7/538

H02M7/48 P

H02S40/32

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021531733

(86)(22)【出願日】2019-11-20

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-10

(86)【国際出願番号】 CN2019119639

(87)【国際公開番号】W WO2020119408

(87)【国際公開日】2020-06-18

【審査請求日】2021-06-03

(31)【優先権主張番号】201811533242.1

(32)【優先日】2018-12-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】513236840

【氏名又は名称】▲広▼州金▲昇▼▲陽▼科技有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】王保均

【審査官】栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０７０８６６０１（ＣＮ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５０９１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９７４２７８９（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／５３８

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｓ ４０／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光起電力発電システムに適用される電源回路であって、
スイッチＫ１と、電流制限デバイスと、コンデンサＣ１と、スイッチＫ２と、ＣＣＦＬ変換回路と、を備え、
前記スイッチＫ１の一端は前記電源回路の正の入力端であり、前記スイッチＫ１の他端は前記電流制限デバイスの一端に接続し、前記電流制限デバイスの他端は前記コンデンサＣ１の一端と前記スイッチＫ２の一端と、に同時に接続し、前記コンデンサＣ１の他端は前記電源回路の負の入力端であり、前記ＣＣＦＬ変換回路の正の入力端は前記スイッチＫ２の他端に接続され、前記ＣＣＦＬ変換回路の負の入力端は前記電源回路の負の入力端に接続され、前記ＣＣＦＬ変換回路の第１の出力端は前記電源回路の第１の出力端であり、前記ＣＣＦＬ変換回路の第２の出力端は前記電源回路の第２の出力端であり、
光起電力ストリングのホットエンドは、前記電源回路の前記第１の出力端に電気的に接続され、前記光起電力ストリングの接地端は、前記電源回路の前記第２の出力端に電気的に接続され、
前記光起電力ストリングがアクティブ化されると、最初に前記スイッチＫ１は閉じられて、前記コンデンサＣ１を充電し、次に前記スイッチＫ１を切り、そして前記スイッチＫ２を閉じて、前記コンデンサＣ１が前記ＣＣＦＬ変換回路に動作電圧を提供するために使用される、ことを特徴とする電源回路。

【請求項2】

前記電流制限デバイスは、インダクタまたは抵抗であることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。

【請求項3】

前記コンデンサＣ１は、スーパーキャパシタまたは電解コンデンサであることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。

【請求項4】

前記ＣＣＦＬ変換回路は、外部駆動式であることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。

【請求項5】

前記ＣＣＦＬ変換回路は、少なくとも始動回路と、インダクタＬ２と、コンデンサＣ３と、トライオードＴＲ１と、トライオードＴＲ２と、トランスＢと、一次巻線ＮＰ１及びＮＰ２と、フィードバック巻線ＮＢ１及びＮＢ２と、二次巻線ＮＳ１と、を備え、
前記始動回路は少なくとも両端、即ち始動入力端と始動出力端とを備え、
前記始動入力端は前記スイッチＫ２の他端に接続され、前記始動出力端は前記フィードバック巻線ＮＢ１と前記フィードバック巻線ＮＢ２の中心タップに接続され、
前記トライオードＴＲ１のエミッタと前記トライオードＴＲ２のエミッタはそれぞれ前記コンデンサＣ１の他端に接続され、前記トライオードＴＲ１のコレクタと前記トライオードＴＲ２のコレクタは前記一次巻線ＮＰ１とＮＰ２の両端子に対応して接続され、前記トライオードＴＲ１のコレクタと前記トライオードＴＲ２のコレクタは前記コンデンサＣ３の両端に対応して接続され、前記トライオードＴＲ１のベースと前記トライオードＴＲ２のベースは前記フィードバック巻線ＮＢ１とＮＢ２の両端子に対応して接続され、
前記一次巻線ＮＰ１とＮＰ２の中心タップは前記インダクタＬ２を介して前記スイッチＫ２の他端に接続され、
前記二次巻線ＮＳ１の一端は前記ＣＣＦＬ変換回路の第一の出力端であり、前記二次巻線ＮＳ１の他端は前記ＣＣＦＬ変換回路の第２の出力端である
ことを特徴とする請求項１に記載の電源回路。

【請求項6】

前記始動回路が電流供給デバイスを備え、前記電流供給デバイスが抵抗または定電流源デバイスであることを特徴とする請求項５に記載の電源回路。

【請求項7】

前記始動回路がコンデンサＣ２をさらに備え、前記コンデンサＣ２が前記電流供給デバイスと並列に接続されるか、または前記コンデンサＣ２が前記始動出力端と前記コンデンサＣ１の他端に接続されることを特徴とする請求項６に記載の電源回路。

【請求項8】

光起電力ストリングを備える光起電力発電システムであって、
請求項１～７のいずれか一項に記載の前記電源回路と、をさらに備え、前記光起電力ストリングのホットエンドが前記電源回路の前記第１の出力端と電気的に接続され、前記光起電力ストリングの接地端が前記電源回路の前記第２の出力端に電気的に接続されていることを特徴とする光起電力発電システム。

【請求項9】

直流電源をさらに備え、前記直流電源は、前記電源回路の出力端と直列に接続され、直列接続方法は、次の２つのいずれかであり、
（１）前記直流電源の負極は前記電源回路の前記第２の出力端に電気的に接続され、前記電源回路の前記第１の出力端は前記光起電力ストリングの正極に電気的に接続され、前記光起電力ストリングの負極は前記直流電源の正極に電気的に接続され、
（２）前記直流電源の負極は前記光起電力ストリングの正極に電気的に接続され、前記光起電力ストリングの負極は前記電源回路の前記第２の出力端に電気的に接続され、前記電源回路の前記第１の出力端は前記直流電源の正極に電気的に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の光起電力発電システム。

【請求項10】

前記ＣＣＦＬ変換回路によって出力される高周波交流のピーク値は、前記アクティブ化された光起電力ストリングの回路電圧よりも小さいことを特徴とする請求項８または９に記載の光起電力発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光起電力発電システムに使用される電源回路、特に、老朽化した光起電力ストリングをアクティブ化させるための電源回路に関する。

【背景技術】

【0002】

化学石油エネルギーの枯渇とそれがもたらす環境汚染の予想に伴って、再生可能クリーンエネルギーの研究と応用は世界中の国々から高く評価されており、その中でも風力と光起電力発電の技術が盛んに研究されている。光起電力発電は太陽光発電の略称である。中国の光起電力発電の開発と研究は２０世紀の１９７０年代に始まり、１９９０年代には安定した発展を遂げました。２１世紀は太陽光の起電力発電の研究に力が注がれている。２０００年に、中国の光起電力発電技術が大規模なグリッド接続発電の段階に入った。

【0003】

光起電力発電の分野では、２００５年に、米国のサンパワー社（SunPower）がＰＩＤ効果を初めて発見・提唱した。英語でのＰＩＤの正式名称はPotential Induced Degradation、即ち、潜在的な減衰である。サンパワー社がＰＩＤ効果を発見したとき、光起電力発電モジュールを直列に接続して、より高いシステム電圧（米国では６００Ｖ、ヨーロッパでは１０００Ｖ）を形成できることを提案した。部品は高電圧で長時間動作すると、カバーガラス、封止材、フレームの間にリーク電流が発生する。電池セル表面に大量の電荷が蓄積され、電池セル表面のパッシベーション効果が劣化し、バッキングファクター（ＦＦ）、短絡電流（Ｉsc）、及び開路電圧（Ｖoc）を低下することによって、部品の性能が設計基準よりも低くなる。サンパワー社はこの現象を表面分極効果と呼んでいるが、この減衰は可逆的なものである。それ以来、光起電力発電業界のエンジニアや技術者は、ＰＩＤの研究と議論に注目するようになった。

【0004】

２０１２年以降、光起電力発電所ではＰＩＤによる部品の品質問題が頻発しており、ＰＩＤ現象に注目が集まっています。同年１２月には、米国の独立系光起電力発電部品試験所であるPV Evolution Labs（PVEL）が中心となり、国際的な一次部品メーカー５社に対してＰＩＤ試験を実施した。上記の企業には、中国のインリー・グリーンエナジー社、JAソーラー社、トリナ・ソーラー社、日本の京セラ社、ドイツのソーラーワールド社が含まれる。

【0005】

それ以来、ますます多くの光起電力発電部品メーカーがＰＩＤを重視するようになった。 ２０１５年の第２四半期の時点で、パナソニック、カナディアン・ソーラー、ジンネン、ルネサス、ハンファ、チョンシェンオプトエレクトロニクスなど、中国や外国の主流の光起電力発電メーカーは、自社のコンポーネントが第三者メーカーのＰＩＤテストに合格したと発表した。

【0006】

第三者試験機関の紹介によると、ＰＩＤとは、太陽電池部品が地面と高強度の負電圧を形成する場合、その結果として生じる電位差が太陽電池セルまたはモジュールに損傷を与えるだけでなく、発電効率低下の問題を引き起こすことを意味する。

【0007】

ＰＩＤは、システム全体の発電能力や総出力に影響を与える可能性があり、深刻な場合には、光起電力発電所の投資利回りを直接低下させることになり、近年、海外のバイヤーが国産部品の品質に不満を抱く問題の1つになっている。

【0008】

ＰＩＤ効果を緩和または回避するための従来技術の方法は、主に以下の通りである。

【0009】

１.コンポーネントの接地
コンポーネントに負のバイアスをかけると（電池セル電圧がフレームに対して負になる）、上記の蓄積された負の電荷が地面に放電され、電池セルの性能を回復することができる。これは、電池セル性能が回復できるという分極効果である。
上記の分析に基づいて、コンポーネントを直列に接続して使用する場合の分極効果を回避するために、サンパワー社は、Ｎ型前面太陽電池のコンポーネントは正極の接地を採用し、Ｐ型前面電池のコンポーネントは負極の接地を採用することを提案している。

【0010】

２. コンポーネントの絶縁・防水性能を高め、リーク電流を低減する
例えば、安定性がより高いパッケージ材料を使用し、金属フレームを採用しないと、電池セルのボディ抵抗を高め、パッシベーション膜の厚さや特性を向上させ、デバイス内にバリア層を設けるなどが挙げられる。

【0011】

３.イオン発生源をなくす
石英ガラス、低ナトリウムガラスなどを採用する。

【0012】

４.ストリング電圧を低下する
小規模プロジェクトでは、マイクロインバーターを使用して、ストリング電圧を低下することを検討できる。これは、テスラ会社が家族単位のマイクログリッド光起電力発電システムを提唱する理由でもある。

【0013】

また、公開番号CN107086601Aの中国特許出願は、光起電力発電システム及び電圧補償方法を開示している。当該特許出願は、電圧補償装置によって出力されたパルス電圧を使用して、光起電力発電ストリングに電圧を補償することで、ＰＩＤ効果による弊害を解消している。しかし、電圧補償装置の具体的な実装方法はなく、電圧補償装置の機能としてパルス電圧を出力することが提案されているだけである。具体的な実施形態で与えられるパルス電圧には、方形波、三角波、台形波の３つの形式が含まれ、CN107086601A中の図５Ａは本質的にその図５Ｃと同じである。その理由は、図５Ａでは、t1とt2がそれぞれ立ち上がりエッジと立ち下がりエッジであり、理想的な状態を実現することは不可能であるからである。立ち上がりと立ち下がりの両方が短時間存在し、それは、図５Ｃに示す小さな波形となる。こうように３種類のパルス電圧ΔＵ/Δｔは大きく変化すると、光起電力ストリングの剥離やクラックの原因となり、耐用年数が短くなってしまう。また、パルス電圧は光起電力ストリングに直接作用し、光起電力ストリングは電磁のシールドを達成する実現することは難しいため、電磁波による環境への影響は大きい。周知のように、図５Ａに示すように、多くの高調波が存在する。光起電力発電設備は、ほとんどが無人の地域に設置されているが、電磁放射は非常に大きく、大気中の電離層の反射によって、依然として大きな電磁環境汚染が発生しているのである。その上、この３つの波形を得るためのコストも低くはない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

以上に基づいて、本発明によって解決されるべき技術的課題は、電源回路および当該電源回路を含む光起電力発電システムを提供することである。電源回路の出力電圧のΔＵ ／ Δｔ変化が小さいため、当該電源回路を利用した光起電力発電システムが環境にやさしく、汚染が少ない。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記の技術的問題を解決するために、本発明によって提供される技術的解決策は以下の通りである。

【0016】

光起電力発電システムに適用される電源回路であって、
スイッチＫ１と、電流制限デバイスと、コンデンサＣ１と、スイッチＫ２と、ＣＣＦＬ変換回路と、を備える。スイッチＫ１の一端は電源回路の正の入力端であり、スイッチＫ１の他端は電流制限デバイスの一端に接続され、電流制限デバイスの他端が同時にコンデンサＣ１の一端とスイッチＫ２の一端に接続され、コンデンサＣ１の他端は電源回路の負の入力端であり、 ＣＣＦＬ変換回路の正の入力端はスイッチＫ２の他端に接続され、ＣＣＦＬ変換回路の負の入力端は電源回路の負の入力端に接続され、ＣＣＦＬ変換回路の第１の出力端は電源回路の第１の出力端であり、ＣＣＦＬ変換回路の第２の出力端は電源回路の第２の出力端である。
光起電力発電ストリングがアクティブ化（起動）されると、スイッチＫ１はスイッチＫ２より先に切り、コンデンサC1はＣＣＦＬ変換回路に動作電圧を提供するために使用される。

【0017】

電流制限デバイスの具体的な実施形態として、電流制限デバイスがインダクタまたは抵抗であることを特徴とする。

【0018】

好ましくは、コンデンサＣ１は、スーパーキャパシタまたは電解コンデンサである。

【0019】

好ましくは、ＣＣＦＬ変換回路が外部駆動式である。

【0020】

ＣＣＦＬ変換回路の具体的な実施形態として、ＣＣＦＬ変換回路は、少なくとも始動回路と、インダクタＬ２と、コンデンサＣ３と、トライオードＴＲ１と、トライオードＴＲ２と、トランスＢと、一次巻線 Ｎ_Ｐ１と及びＮ_Ｐ２と、フィードバック巻線 Ｎ_Ｂ１及びフィードバック巻線Ｎ_Ｂ２と、二次巻線 Ｎ_Ｓ１を備え、始動回路は少なくとも両端、即ち始動入力端と始動出力端とを備える。始動入力端はスイッチＫ２の他端に接続され、始動出力端はフィードバック巻線Ｎ_Ｂ１及びフィードバック巻線Ｎ_Ｂ２の中心タップに接続される。トライオードＴＲ１のエミッタとトライオードＴＲ２のエミッタは、それぞれコンデンサＣ１の他端に接続され、トライオードＴＲ１のコレクタとトライオードＴＲ２のコレクタは、一次巻線Ｎ_Ｐ１とＮ_Ｐ２の両端子に対応して接続され、トライオードＴＲ１のコレクタとトライオードＴＲ２のコレクタはまた、コンデンサＣ３の両端に対応して接続され、トライオードＴＲ１のベースとトライオードＴＲ２のベースは、フィードバック巻線Ｎ_Ｂ１とＮ_Ｂ２の両端子に対応して接続されている。そして、一次巻線Ｎ_Ｐ１とＮ_Ｐ２の中心タップは、インダクタＬ２を介してスイッチＫ２の他端に接続されている。二次巻線Ｎ_Ｓ１の一端はＣＣＦＬ変換回路の第１の出力端であり、二次巻線Ｎ_Ｓ１の他端はＣＣＦＬ変換回路の第２の出力端である。

【0021】

好ましくは、始動回路は電流供給デバイスを備え、電流供給デバイスは抵抗または定電流源デバイスである。

【0022】

さらに、始動回路は、コンデンサＣ２をさらに備え、コンデンサＣ２は電流供給デバイスと並列に接続されるか、またはコンデンサＣ２は始動出力端とコンデンサＣ１の他端に接続されている。

【0023】

それに対応して、本発明はまた、光起電力発電システムを提供し、技術的解決策は以下の通りである。

【0024】

光起電力発電ストリングを備える光起電力発電システムであり、光起電力発電システムは、請求項１から７のいずれか一項に記載の電源回路をさらに備え、光起電力発電ストリングのホットエンドが電源回路の第１の出力端に電気的に接続され、光起電力発電ストリングの接地端が電源回路の第２の出力端に電気的に接続されている。

【0025】

さらに、上記光起電力発電システムは直流電源をさらに備え、直流電源は前記電源回路の出力端と直列に接続され、直列接続方式は以下のいずれか一つである。

【0026】

（１）直流電源の負極は電源回路の第２の出力端に電気的に接続され、電源回路の第１の出力端は光起電力発電ストリングの正極に電気的に接続され、光起電力発電ストリングの負極は直流電源の正極に電気的に接続されている。

【0027】

（２）直流電源の負極は光起電力発電ストリングの正極に電気的に接続され、光起電力発電ストリングの負極は電源回路の第２の出力端に電気的に接続され、電源回路の第１の出力端は直流電源の正極に電気的に接続されている。

【0028】

好ましくは、ＣＣＦＬ変換回路によって出力される高周波交流のピーク値は、アクティブ化された光起電力ストリングの開路電圧よりも小さい。

【0029】

本発明に含まれる専門用語については、本発明および先行技術は複数の名称を有する場合がある。以下の記事の専門用語は同じ意味を持ち、各記事に記載されている内容は網羅的ではない。

【0030】

（１）ソーラーパネル：多くの文献は、複数の単一のソーラーパネルを並列または直列に接続した後に、これらは、ソーラーパネル、光起電力発電ストリング、または光起電力発電パネルグループとも呼ばれる。

【0031】

（２）光起電力発電ストリングのホットエンドは、さまざまなメーカーの好みが異なるため、光起電力発電ストリングの正極を接地するもの、光起電力発電ストリングの負極を接地するものがあり、ホットエンドは接地していない一端を指し、接地されていないため、人体に電気ショックを与えやすいので、ホットエンドと呼ばれる。通常、ソーラーパネルがアクティブ化する必要のある一端であり、光起電力発電ストリングの正極または負極である。

【0032】

（３）光起電力ストリングの接地端及び光起電力ストリングの接地金属フレームは、上記のように、光起電力ストリングの負極または正極であることができる。

【0033】

（４）コレクタ共振型ロイヤー(Royer)回路、または「ＣＣＦＬインバータ」（CCFL inverter）であるため、ＣＣＦＬインバータ、ＣＣＦＬコンバータ、及びＣＣＦＬ変換回路とも呼ばれる。ＣＣＦＬは「冷陰極蛍光灯」（Cold cathode fluorescent lamps）の略で、もともと冷陰極蛍光灯を指し、白色ＬＥＤが登場する前は、主に液晶ディスプレイのバックライトとして使用され、以前の液晶ディスプレイは主にノートブックコンピュータで使用されていたため、バックライトはすべて直流で電源が供給される。ロイヤー回路の変形が出て、直流を純粋な交流に変え、冷陰極蛍光ランプを駆動する。従来のロイヤー回路は、磁気コアの飽和特性を使用して発振し、出力は方形波である。詳細な説明については、中国出願番号201110436259.7の特許文献を参照する。ＣＣＦＬ特性変換回路の特徴は、次の通りである。ロイヤー回路へのプッシュプルトランスの一次巻線の中間タップと電源端の間にインダクタを直列に接続され、当該インダクタは、業界では一般に減衰インダクタンスＬ_ＬＣ（本発明の図１中のインダクタンスＬ２に対応）と呼ばれる。このインダクタンス量は一般に一次巻線のインダクタンスの１０倍以上である。同時に、プッシュプルトライオードの２つのコレクタの間にコンデンサＣＬ（本発明の図１中のコンデンサＣ３に対応）が並列に接続され、当該コンデンサとプッシュプルトランスとを既知のLC発振回路に形成され、コンデンサがＣＬであり、Ｌがプッシュプルトランスの一次巻線の総インダクタンスである。プッシュプルトランスの総インダクタンスは、一次巻線１または２のインダクタンス量の４倍である。出力は、正弦波または近似正弦波である。方形波を出力すると、高調波成分が多く、環境への電磁汚染が発生する。ＣＣＦＬ変換回路は、中国の出願番号201110242377.4の特許文献に記載されており、当該文献の図３及び対応する背景技術にも詳細な説明がある。

【0034】

以下の専門用語について、本発明で表現される意味は次のとおりである。

【0035】

（１）プッシュプルトライオードは、ロイヤー回路とCCFL変換回路の自励発振を実現し、安定して動作する2つのトライオードであり、一般にペアトライオードとも呼ばれ、プッシュプルトライオードとも呼ばれ、通常はバイポーラ半導体である。単極性電界効果トライオードにすることもできる。

【0036】

（２）始動回路は、ＣＣＦＬ変換回路のプッシュプルトライオードまたは電界効果トライオードに始動電流または電圧を供給して、ＣＣＦＬ変換回路のファストスタートまたはソフトスタートを実現する回路である。

【0037】

本発明の動作原理は、具体的な実施形態で分析され、ここでは繰り返されない。

【発明の効果】

【0038】

本発明の電源回路の有益な効果は次のとおりである。

【0039】

（１）電源回路から出力される電圧波形ΔＵ/Δｔが小さいため、電源回路を使用した光発起電力電システムの光起電力発電ストリングの寿命が長くなり、環境への放射が少なくなる。

【0040】

（２）回路は簡単に実施でき、低コスト、高信頼性、低エネルギー消費を達成する。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る電源回路の原理図である。

【図2】本発明の第１の実施形態の電源回路において、ＣＣＦＬ変換回路によって、単独で動作する場合に出力される電圧波形の図である。

【図3】本発明の第１の実施形態において、コンデンサＣ１の両端のＣＣＦＬ変換回路によって出力される電圧波形の図である。

【図4】本発明の第２の実施形態の電源回路に適用される改良された光起電力発電システムの概略図である。

【図5】本発明の第３の実施形態に係る電源回路の原理図である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

本発明の好ましい実施形態

【0043】

光起電力発電システムの作業は、主に日光の当たる昼間であり、太陽の天頂角が最大になると、現地時間の１２時として記録される。現地時間の１０：００～１４：００時の間で、光起電力発電システムは効果的に電気エネルギーを出力することができる。現地時間の１０:００前または１４:００以降は発電量が減少し、実用的な価値はない。光起電力発電ストリングの出力特性は定電圧源ではないが、ほとんどの特性は定電流源に似ている。より大きな出力電力を得るために、出力端の電圧はシステム効率を確保する前提として、通常、最大電力出力の原理が可能な限り使用され、可能な限り高くする必要がある。光起電力発電ストリングの両端の出力電圧曲線は、ほとんど無負荷であるため、朝に急激に上昇し、グリッドに接続すると、負荷のため最初は低下し、太陽光が最も強い正午に最大値に達し、その後ゆっくりと低下し、現地時間の１４:００頃にグリッドが切断されると、負荷の減少により、電圧が再び対応する照明の下での開路電圧まで上昇し、その後、夜にゼロに近づくまで時間の経過に従って低下する。雨が降っている場合、光起電力ストリング電圧は１日を通してゼロに近い低電圧状態にある。

【0044】

本発明は、電源回路を提供することであり、コンデンサ放電によって出力電圧が時間とともに減少する直流電圧であり、ＣＣＦＬ変換回路がコンデンサの後ろに接続され、ＣＣＦＬ変換回路は時間とともに減少する入力直流電圧を正弦波交流に変換して出力し、ＣＣＦＬ変換回路は開ループで動作するため、出力された正弦波交流のピークツーピーク値はＣＣＦＬ変換回路の動作電圧に正比例し、この電圧は時間とともに減少し、つまり、ＣＣＦＬ変換回路から出力される正弦波交流のピークツーピーク値も時間とともに減少する。そして、正弦波交流の実効値も時間とともに減少し、減衰された正弦波交流の電圧が得られる。アクティブ化された光起電力ストリングの両端に作用するため、電源回路から出力される電圧波形ΔＵ/Δｔは小さく、正弦波は単一周波数であるため、高調波成分や空気放射が少なく、環境にやさしい。本発明の電源回路は、当該電源回路が適用された光起電力発電システムにおける光起電力ストリングの寿命を延ばし、環境への放射が少なく、実施が容易であり、コストが低い。

【0045】

当業者が本発明を理解することを容易にするために、本発明を具体的な実施形態と併せて以下に説明する。
第１の実施形態

【0046】

図1に示すように、図１は本発明の第１の実施形態に係る電源回路の概略図である。そのコンポーネントと接続は次のとおりである。

【0047】

図1に示す電源回路は、スイッチＫ１と、インダクタＬ１と、コンデンサＣ１と、スイッチＫ２と、ＣＣＦＬ変換回路と、を備える。

【0048】

スイッチＫ１の一端は電源回路の正の入力端であり、スイッチＫ１の他端はインダクタＬ１の一端に接続され、インダクタＬ１の他端は同時にコンデンサＣ１の一端とスイッチＫ２の一端とに接続され、コンデンサＣ１の他端は電源回路の負の入力端であり、ＣＣＦＬ変換回路の正の入力端はスイッチＫ２の他端に接続され、ＣＣＦＬ変換回路の負の入力端は電源回路の負の入力端に接続され、ＣＣＦＬ変換回路の第１の出力端は電源回路の第１の出力端であり、ＣＣＦＬ変換回路の第２の出力端は電源回路の第２の出力端である。

【0049】

本実施形態のＣＣＦＬ変換回路は、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ２からなる始動回路と、コンデンサＣ３と、インダクタＬ２と、トライオードＴＲ１と、トライオードＴＲ２と、トランスＢと、一次巻線Ｎ_Ｐ１及びＮ_Ｐ２と、フィードバック巻線Ｎ_Ｂ１及びフィードバック巻線Ｎ_Ｂ２と、二次巻線Ｎ_Ｓ１と、を備え、始動回路は少なくとも両端を備え、抵抗Ｒ１の一端は始動入力端であり、抵抗Ｒ２の他端とコンデンサＣ２の一端との接続点は始動出力端であり、本実施形態では、２つのプッシュプルトライオードＴＲ１とプッシュプルトライオードＴＲ２に始動電流を供給するデバイスは抵抗Ｒ１である。

【0050】

ＣＣＦＬ変換回路の接続関係は次のとおりである。始動入力端はスイッチＫ２の他端に接続され、始動出力端はフィードバック巻線Ｎ_Ｂ１及びフィードバック巻線Ｎ_Ｂ２の中心タップに接続され、コンデンサＣ２の他端はコンデンサＣ１の他端に接続されている。トライオードＴＲ１のエミッタとトライオードＴＲ２のエミッタは、それぞれコンデンサＣ１の他端に接続され、トライオードＴＲ１のコレクタとトライオードＴＲ２のコレクタは、一次巻線Ｎ_Ｐ１とＮ _Ｐ２の両端子に対応して接続され、トライオードＴＲ１のコレクタとトライオードＴＲ２のコレクタは、コンデンサＣ３の両端に対応して接続され、トライオードＴＲ１のベースとトライオードＴＲ２のベースは、フィードバック巻線Ｎ_Ｂ１とＮ_Ｂ２の両端子に対応して接続され、一次巻線Ｎ_Ｐ１とＮ_Ｐ２の中心タップは、インダクタＬ２を介して、スイッチＫ２の他端に接続されている。二次巻線Ｎ_Ｓ１の一端は、ＣＣＦＬ変換回路の第1の出力端であり、二次巻線Ｎ_Ｓ１の他端はＣＣＦＬ変換回路の第２出力端である。

【0051】

本発明のコンデンサＣ１は、好ましくは、直列および並列接続によって得られる、スーパーキャパシタまたはリーク電流が小さい大型電解コンデンサである。

【0052】

ＣＣＦＬ変換回路の出力は交流であるため、本発明の電源回路の第１の出力端と第２の出力端を交換することができる。

【0053】

従来技術におけるパルス電圧の欠陥を克服するために、本発明は、光起電力ストリングをアクティブ化するために印加される電圧は正弦波交流であり、交流の取得は非常に複雑である。スイッチング電源によって得られた直接に出力電圧の波形エッジは非常に急勾配です。例えば、プッシュプルコンバータによって出力される電圧波形は正弦波であり、そのΔＵ/Δｔは無限大に近いため、背景技術に記載されている欠陥もある。デジタルオーディオパワーアンプ方式、スイッチング電源方式、出力フィルタを採用した場合、コストと制御回路が非常に複雑になる。

【0054】

本実施形態における正弦波交流を得るための回路は、ＣＣＦＬ変換回路を使用し、そして１ＭＨｚの高周波交流の波長が３０メートルであるとすると、対応する半波長ダイポールアンテナの長さは、１/４波長の７．５メートルである。即ち、本発明の電源回路出力高周波交流の周波数が１ＭＨｚ未満の場合、その放射は比較的容易に制御できる。例えば、出力された高周波交流の周波数は１００ＫＨｚであると、１/４波長は７５メートルであり、７５メートルをはるかに下回っているルーチングに対して、放射効率は非常に低いため、本実施形態では、ＣＣＦＬ変換回路が１ＭＨｚ未満の比較的「低周波数」で動作する必要がある。明細書では高周波交流または正弦波交流と呼ばれている。

【0055】

ＣＣＦＬ変換回路は一種の自励式プッシュプルコンバータであり、正弦波出力電圧波形の実現の動作原理は次のように分析される。

【0056】

図１のコンデンサC1の右側の回路を参照し、即ちＣＣＦＬ変換回路である。ＣＣＦＬ変換回路と自励式プッシュプルコンバータの違いは、コンデンサＣ３とインダクタンスＬ２の追加である。回路の発振原理と自励式プッシュプルコンバータコンバータは似ているが、ＣＣＦＬ変換回路はプッシュプル発振に磁気コア飽和特性を使用せず、コンデンサＣ３とカップリングトランスＢの巻線Ｎ_Ｐ１及びカップリングトランスＢの巻線Ｎ_Ｐ２の総インダクタンスを使用して、ＬＣ回路発振を実行する。回路の出力波形は正弦波で、もはや方形波ではない。インダクタＬ２の役割は次のとおりである。1．トランスに大きな交流入力インピーダンスを提供する。２．完璧な正弦波出力、ＣＣＦＬ変換回路が独立して動作する場合の出力の電圧波形は図２を参照し、図２は完璧ではない。これは単なる例であり、インダクタＬ２をさらに増やした場合、図２の波形歪みＴＨＤは１０％未満であり、その時では実用性を有する。このタイプの発振には、デバイスの選択に関する厳しい要件がある。図２の波形歪みＴＨＤが小さいほど、本発明の電源回路のエネルギー消費は少ない。

【0057】

ＣＣＦＬ変換回路の特徴は、ＬＣ直列共振回路を使用して発振し、周波数が比較的安定しており、出力が正弦波または近似正弦波であり、効率が低い。従って、効率を改善するため電源回路にインダクタＬ２を直列に接続する必要がある。

【0058】

本発明は、インダクタＬ２のインダクタンスが巻線Ｎ_Ｐ１または巻線Ｎ_Ｐ２のインダクタンスの１０倍以上であることを必要とする。このとき、インダクタンスＬ２およびコンデンサＣ３によって発振されたのは完璧な正弦波である。

【0059】

ＣＣＦＬ変換回路の動作電圧はコンデンサＣ１の端子電圧であるため、ＣＣＦＬ変換回路から出力された高周波数交流の正の半サイクルピーク値が繋がって包絡線が形成される。該包絡線の形状は、コンデンサＣ１の端子電圧の変化に似ている。同様に、ＣＣＦＬ変換回路から出力された高周波交流の負の半サイクルピーク値が繋がって包絡線が形成される。通常座標にＸ軸をミラーリングした後の包絡線の形状はコンデンサＣ１の端子電圧の変化に似ている。

【0060】

本発明において光起電力ストリングをアクティブ化させる必要がある場合、本発明の電源回路に電源を供給する外部電源は、電池または市販電流から整流された直流であってもよい。最初にスイッチＫ１は閉じられて、コンデンサＣ１を充電する。次にスイッチＫ１を切り、スイッチＫ２を閉じる。コンデンサＣ１を使用して徐々に放電する。つまり、光起電力ストリングがアクティブ化電圧を提供する。

【0061】

光起電力発電所の効率を向上させるための最善のアクティブ化計画は、午後２時のグリッド接続発電が意味を失ったときに、光起電力発電ストリング自体を外部電源として使用し、スイッチＫ１を閉じて、コンデンサＣ１を充電し、太陽が沈んだらスイッチＫ１を切り、次にスイッチＫ２を閉じ、コンデンサＣ１の段階的放電端の電圧を徐々に減衰させる特徴を利用して、 ＣＣＦＬ変換回路に徐々に減衰された動作電圧を提供し、ＣＣＦＬ変換回路の出力端は、減衰された正弦波交流電圧を獲得し、アクティブ化された光起電力ストリングの両端に作用する。アクティブ化が不十分な場合は、コンデンサＣ１の容量を増やす。この逆もまた然りである。

【0062】

図３は、本発明の第１の実施形態において、コンデンサＣ１の両端とＣＣＦＬ変換回路によって出力される電圧波形の図である。コンデンサＣ１の両端の電圧波形は、図３において直線Ｓ１として示されている。指数降下法である。このとき、ＣＣＦＬ変換回路出力電圧波形は、曲線Ｓ２を参照して、減衰した高周波交流である。直線Ｓ３は、正の半サイクルにおける曲線Ｓ２の包絡線です。直線Ｓ４は負の半サイクルの曲線Ｓ２の包絡線であり、直線Ｓ３と直線Ｓ４はＸ軸に沿って鏡面対称になる。

【0063】

本実施形態における電源回路は光起電力発電システムに適用する方式は以下のとおりである。

【0064】

アクティブ化する必要のある光起電力ストリングのホットエンドは、電源回路の第１の出力端に電気的に接続され、アクティブ化する必要のある光起電力ストリングの接地端は、電源回路の第２の出力端に電気的に接続される。

【0065】

本発明が光起電力ストリング自体を利用して電源回路に動作電圧を提供する場合、動作電圧を提供する光起電力ストリングとアクティブ化された光起電力ストリングとは同じであってもよく、異なっていてもよい。

【0066】

なお、光起電力発電ストリングの正極が接地されている場合は、光起電力発電ストリングの負極がホットエンドとなる。光起電力発電ストリングの負極が接地されている場合は、光起電力発電ストリングの正極がホットエンドとなる。どちらの接続方法でも光起電力発電ストリングのアクティブ化を実現できる。

【0067】

「電気的接続」とは、直接接続に加えて、間接接続（つまり、他のコンポーネントを２つの電気接続オブジェクト間で接続できる）も含み、誘導結合による接続を含むことを意味する。

【0068】

本発明の第２の実施形態は、間接接続であり、以下の場合も間接接続である。

【0069】

アクティブ化された光起電力発電ストリングの両端に電圧が安定的に出力された電解コンデンサバンクを並列に接続する場合、本発明の電源回路から出力される高周波交流を電解コンデンサバンクが吸収して、光起電力発電ストリングをアクティブ化できなくなることを防ぐために、光起電力発電ストリングのホットエンドと電解コンデンサバンクに接続された接続ポイントとの間にインダクタを直列に接続して、電解コンデンサバンクの両端に高周波交流をインダクタンスの絶縁効果により、光起電力発電ストリングの両端に加えることによって、光起電力発電ストリングのアクティブ化を実現する。この時では、光起電力ストリングのホットエンドは電源回路の第１の出力端に直接接続されていないが、それでも本発明の保護範囲に該当する。

【0070】

本発明での光起電力ストリングのアクティブ化は、夜間に数日ごとに実行することをお勧め、アクティブ化に必要な時間は、光起電力ストリングのエージング度合いに関連する。エージング度合いが高いほど、必要な時間は長くなる。より良いアクティブ化効果を達成するために、電源回路内のＢＵＣＫ回路の電圧降下が遅いほど良く、累積降下時間は２０分以上である。

【0071】

アクティブ化回路の効果をテストするために、淘宝網から公称出力電力がわずか２ＫＷの光起電力発電装置のセットを購入し、既に６年間使用され、元々は、実際の測定は広州の晴天下で行われており、実際に出力電力はわずか６９０Ｗ、開路電圧は３７７Ｖである。本発明の電源回路パラメータは以下の通りである。作動電圧が上記の開路電圧３７７Ｖであり、光起電力発電設備の光起電力発電ストリングが午後１５：００に出力し、コンデンサＣ１は２２００ｕＦ/４５０Ｖの二つが並列に接続し、午後１７：００にスイッチＫ１が切り、夕方２０：００にスイッチＫ２が閉じ、ＣＣＦＬ変換回路の動作周波数は３．４ＫＨｚであり、１分４３秒間しか動作せず、コンデンサＣ１の電圧は約６０Ｖに低下し、翌日の発電量を７５７Ｗに上昇したと測定し、その夜１分４３秒間再アクティブ化し、３日目の発電は８２３Ｗに上昇し、２１回のアクティブ化した後、１９８６Ｗに上昇し、公称出力電力に近づき、良い結果が得られた。

【0072】

また、光起電力発電ストリングの内部は、最も基本的なユニットである定電流源に相当するため、内部にＰＮ接合ダイオードがあり、光起電力発電ストリングが正常に動作しているときはダイオードをオンにできない。それ以外の場合、電流短絡によりＣＣＦＬ変換回路が焼損される。巧妙な設計と電流制限回路による保護を行っても、電気エネルギーが無駄になる。光起電力発電ストリングの安全性を確保するために、本発明は、ＣＣＦＬ変換回路が出力された高周波交流のピーク値が、アクティブ化された光起電力発電ストリングの開路電圧より小さいことを要求することによって、光起電力発電ストリング内のダイオードが導通することを効果的に防ぐことができる。また、周波数が高いほどアクティブ化効果は高くなるが、光起電力ストリングはある程度の静電容量を示し、電気エネルギーも消費しすぎるため、電力の異なる光起電力ストリングでは、異なる高周波交流の周波数を選択する必要がある。一般的に、セル面積が大きいほど出力電力が大きくなり、ＰＮ接合の接合容量が大きくなり、周波数が低くなり、８００Ｈｚより低く、このとき、本発明のアクティブ化に使用される電源回路はエネルギー消費が低く、周波数がさらに低い場合、アクティブ化時間は長くなり、それは電気エネルギー消費を増加させる。

【0073】

例えば、光起電力発電ストリングに直列に接続された単一セルである基本ユニットは、単一セルの数が２４である場合（光起電力発電ストリング内の単一セルの最小数は２４であり、得られる開路電圧は約１４．４Ｖ～１６．８Ｖである）、光起電力ストリングの電気的特性もＰＮ接合式に従うため、ダイオードの電圧降下は０．７Ｖであり、光起電力ストリングの両端の最大開路電圧は０．７Ｖ×２７=１６．８Ｖであり、ＣＣＦＬ変換回路が出力された高周波交流のピーク値は、光起電力発電ストリングの安全性を確保するために、１６．８Ｖよりわずかに低くする必要がある。さらに、例えば米国の６００Ｖ光起電力発電ストリング（その内部は直列の１００８個の基本ユニットで構成されている）の場合、アクティブ化電圧は６００Ｖよりわずかに低くなってもよい。

【0074】

光起電力ストリングはアクティブ化において容量性であるため、この接合容量は最終的に次のものと同等になる。コンデンサＣ３と並列で、ＣＣＦＬコンバータは正弦波の共振状態で動作し、そのＬＣ回路は光起電力ストリングの接合容量エネルギーを吸収することによって、低エネルギー消費の接合容量を達成し、特にＣＣＦＬコンバータは、自励式プッシュプル発振動作モードを採用せず、外部駆動式を使用して、トライオードＴＲ１またはトライオードＴＲ２は正弦波がピークに近い時にオンになり、変換効率がより高くなっている。これはまた、本発明がコンデンサＣ１を使用してＣＣＦＬ変換コンデンサに電力を供給し、本発明の目的を達成することができる原因である。

【0075】

外部駆動式は、即ち他励式である。なお、ＣＣＦＬコンバータは自励式プッシュプル発振動作モードを採用しており、フィードバック巻線と一次巻線の巻数比を調整することにより、正弦波のピーク値が近いときにトライオードＴＲ１またはトライオードＴＲ２をオンにすることもでき、変換効率も非常に高い。ＢＵＣＫ回路の出力電圧が低いときにＣＣＦＬコンバータが発振を停止するのを防ぐために、始動回路の抵抗Ｒ１を定電流源に置き換えると、前述のように、動作電圧が３７７Ｖから６０Ｖに低下するとき、定電流源からトライオードＴＲ１またはトライオードＴＲ２に供給されるベース電流は減少しないため、ＣＣＦＬコンバータは振動を停止しない。これは、第３の実施形態で示される。

【0076】

従来の技術では、電子銃を使用してガラスキネコスコープをスキャンする従来のカラーテレビ受信機は、減衰した正弦波交流を使用してキネスコープを消磁し、その動作原理は非常に単純で、ＰＴＣサーミスタを消磁コイルと直列に接続し、時間の経過とともに、ＰＴＣサーミスタの抵抗は約１０オームから２２０Ｋ以上に上昇し、消磁電流も１０アンペア以上から１ｍＡ未満に低下したが、この技術は、光起電力ストリングは容量性であるので、ＰＴＣサーミスタを直列に接続することはできないため、直接光起電力ストリングのアクティブ化に使用することはできない。さらに、光起電力ストリングは長いアクティブ化時間を必要とし、ＰＴＣサーミスタは選択できない。
第２の実施形態

【0077】

図４は、光起電力発電システムに適用される本発明の第２の実施形態の改良された電源回路の概略図である。光起電力発電ストリングは、それと直列に接続されたダイオードと同等であるため、アクティブ化効果を改善するために、電源回路の出力端に一組の直流電源Ｅが直列に接続される。つまり、光起電力発電ストリングと一組の直流電源Ｅを直列に接続し、直列接続方法は、次の２つのいずれかである。

【0078】

（１）直流電源の負極は、電源回路の第２の出力端に電気的に接続され、電源回路の第１の出力端は、光起電力発電ストリングの正極に電気的に接続され、光起電力発電ストリングの負極は、直流電源の正極に電気的に接続されている。

【0079】

（２）直流電源の負極は、光起電力発電ストリングの正極に電気的に接続され、光起電力発電ストリングの負極は、電源回路の第２の出力端に電気的に接続され、電源回路の第１の出力端は、直流電源の正極に電気的に接続されている。

【0080】

本実施形態は、また、「電気的接続」を使用して接続関係を説明する。同様に、「電気的接続」とは、直接接続に加えて、間接接続（つまり、他のコンポーネントを２つの電気接続オブジェクト間で接続できる）も含み、誘導結合による接続を含むことを意味する。これは既に第１の実施形態で説明した。

【0081】

電源回路に動作電圧を提供する図４の光起電力ストリングＰＶ１とアクティブ化された光起電力ストリングＰＶ２とは、同じ光起電力ストリングであってもよく、異なっていてもよい。

【0082】

従って、光起電力発電ストリングのホットエンドと接地端との間で得られるアクティブ化電圧は、正の半サイクルが小さく、負の半サイクルが大きい交流電圧波形になる。正の半サイクルが小さいと、アクティブ化ときに光起電力発電ストリング内部のダイオードが導通しないことを確実にし、負の半サイクルの負圧が高いと、よりよいアクティブ化効果が得られる。
第３の実施形態

【0083】

図５は、本発明の第３の実施形態の電源回路の概略図である。第３の実施形態と第１の実施形態との違いは、抵抗Ｒ１が定電流源に置き換えられ、電流方向が同じであるということである。よって、ＣＣＦＬ変換回路の入力電圧を下げるときに、定電流源が存在するため、２つのプッシュプルトライオードＴＲ１のベースとプッシュプルトライオードＴＲ２のベースに供給される電流は一定であるため、電源回路の入力電圧を広くすることができる。前述のように、動作電圧が３７７Ｖから６０Ｖに低下した場合、定電流源からトライオードＴＲ１またはトライオードＴＲ２に供給されるベース電流が減少しないため、ＣＣＦＬコンバータは振動を止めず、光起電力発電ストリングの広範囲の端子電圧に適応する。本実施形態の動作原理及び光起電力発電システムにおけるその適用は、第１の実施形態と同じであり、ここでは繰り返さない。

【0084】

上記は、本発明の好ましい実施形態にすぎない。上記の好ましい実施形態は、本発明を限定するものと見なされるべきではない。当業者にとって、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、いくつかの改善および修正を行うことができる。例えば、図１のインダクタＬ１を抵抗に置き換え、図１のコンデンサＣ２の他端を抵抗Ｒ１の一端に接続し、またはＣＣＦＬ回路が開路動作していることを確認した状態で、図1の自励式を他励式に変更し、ＣＣＦＬ変換回路の出力電圧を検出することによってＢＵＣＫ回路のデューティを制御する。これらの改善及び修正も本発明の保護範囲と見なされるべきであり、ここでは実施形態で繰り返されず、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって定義される範囲に従うべきである。さらに、本発明に係るすべての「電気的接続」および「接続」関係は、単にコンポーネントの直接接続を指すのではなく、具体的な実施状況に従って接続アクセサリを追加することによってより良い接続構造を形成できる。本発明における「電気的接続」の明示的な使用は、この意味を強調することのみであり、「接続」の使用もこの意味を有することを排除するものではない。本発明の様々な技術的特徴は、互いに衝突しない前提でインタラクティブに組み合わせることができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】